宋文伟 岑凯辛 龚福维
摘要：在我国配网电力系统中，普遍采用的10kV真空断路器高压柜开关柜，其触头灭弧及触头分合闸的机械接触都是在高真空腔室内完成，真空斷路器具有体积小、重量轻等多项优越的性能。但其本身也存在一定的缺点，本文针对其现有的结构进行风险分析，并提出了一种可有效解决此类风险隐患的新型真空断路器结构。
关键词：真空泡;裂纹;七氟丙烷
前言：现有的真空断路器在电网低电压等级中应用十分广泛，根据现有运行分析，真空泡因材质或制作工艺等系列问题，往往会造成真空度的降低，从而严重影响真空断路器开断故障电流的能力，使其灭弧系统急剧下降，甚至造成断路器爆炸、着火，引发大面积电气火灾。
一、 传统真空断路器的构造解析：
传统真空断路器内部构件如下图1所示：1、静导电杆;2、静触头;3、动触头;4、动导电杆;5、内部真空室;6、真空泡;7、绝缘外壳。
二、 传统真空断路器存在的风险隐患分析：
真空断路器在正常合闸工作时，如果真空泡的材质或制作工艺、真空泡内波形管的材质或制作工艺等存在问题，可能会使真空泡本身存在微小漏点，导致真空泡内真空度迅速下降，影响断路器的开断电流及灭弧性能。此时可能存在以下两种情况：
（一）电力系统正常，无电气故障发生。由于该断路器在合闸位置，则此断路器的作用类似于隔离开关，只起导通负荷电流的作用，不需要进行开断电流和灭弧，此时真空度的降低并不会立即造成恶劣的后果。
（二）电力系统异常，有电气故障发生，此时保护装置迅速判断故障状态，并命令真空断路器跳闸以切除电气故障;或者电力系统运行正常，但因系统原因需要断开该断路器进行负荷调整。总之，必然会产生该真空断路器的分闸操作，开断故障电流或者正常负荷电流，同时利用真空泡进行灭弧。但是由于真空泡故障，真空泡外部空气混入内部真空室，使内部真空度失去最佳灭弧条件，断路器灭弧性能急剧下降，无法快速有效的熄灭电弧，引发断路器爆炸着火，同时由于真空断路器柜体空间密闭，设备紧凑，外部灭火介质无法直接对火源进行有效灭火，导致蔓延至其他电气部件和其他电气间隔，引发更大面积电气火灾，造成巨大的无法挽回的经济损失。
（三）真空断路器跟SF6气体断路器因结构、设计的不同，本身没有定性、定量监测真空度特性的装置，无法进行后台远距离信号监控。所以真空度降低故障为电气隐性故障，其危险程度远远大于可监控、可预防的电气显性故障。
三、 新型的真空断路器结构研究设计：
针对传统真空断路器存在的各种问题，现提出一种新型的真空断路器结构。
（一）内部构造说明：
新型的真空断路器结构部件如下图2、图3所示：5、内部真空室;6、真空泡;7、绝缘外壳;8、密封屏蔽罩;9、工作腔室;12、观察窗。
具体如下说明：
（1）新型真空断路器内部真空泡6以内的设备构造与传统的真空断路器相同;绝缘外壳7也与传统的真空断路器相同。
（2）在传统真空断路器真空泡6与绝缘外壳7之间，围绕真空泡6环形新增密封屏蔽罩8，材质同真空泡6。真空泡6与密封屏蔽罩8之间环形的区域，按真空泡6这一圆柱体所在高的方向，分出两个区域：工作腔室9和观察窗12。
（3）观察窗12内保持透明状态，用以观察真空泡6的氧化情况。
（4）工作腔室9内部为真空状态，其真空度与真空泡6内部相同，并充入七氟丙烷粉。
（二）故障状态解析：
真空断路器在合闸运行状态，假定：
（1） 真空泡6表面出现裂纹：
由于真空泡6表面出现裂纹，其内部真空室5与工作腔室9通过真空泡裂纹形成互通的腔室。由于工作腔室9内部也为真空状态，且真空度与真空泡一致，因此真空泡6内部真空室的真空度保持在合格水平，可以正常进行断路器分闸。
（2） 真空泡6和密封屏蔽罩8均出现裂纹：
由于真空泡6与密封屏蔽罩8均出现裂纹，内部真空室5与工作腔室9内部混入空气，真空度均降低，其内部压力从真空压力升高至外部环境大气压，失去最佳灭弧环境。
在此期间，如果电力系统发生短路故障，保护动作发出命令给该真空断路器进行分闸。由于该真空断路器真空泡内6真空度不满足要求，断路器在分闸过程中迅速燃弧，气室压力增高可能引起真空泡6爆炸、着火。由于此时真空泡6被工作腔室9内部的七氟丙烷粉包裹，且七氟丙烷具有物理灭火的作用，其灭火机理主要是中断燃烧链，灭火速度极快，从而有效避免了大面积火灾事故的发生。
四、 本文提出的新型的真空断路器结构的优点：
（一）有效解决了传统真空断路器真空泡降低时，断路器无法正常开断电流和灭弧的问题;
（二）在真空断路器发生爆炸起火时，该新型断路器能迅速自行灭火，避免了火灾蔓延至相邻间隔，引发大面积电气火灾的重大事故。
五、 结语：
在电力系统运行可靠性要求日益增加的今天，科学有效的防范断路器爆炸以及随之带来的电气火灾风险越来越值得高度重视。而本文提出的新型的真空断路器结构相较于传统断路器而言，则有效解决了传统真空断路器真空泡降低时，断路器无法正常开断电流和灭弧的问题;而且，在真空断路器发生爆炸起火时，该新型断路器能迅速自行灭火，避免了火灾蔓延至相邻间隔，从而引发大面积电气火灾的重大事故，具有极大的现实意义。
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